Allgemeine Relativitätstheorie für jedermann: Grundlagen, Experimente und Anwendungen verständlich formuliert

Von Bernd Sonne

Dieses essential vermittelt auf eingängige Weise, worum es bei Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie geht und weshalb sie von so großer Bedeutung für die Wissenschaft und den Alltag ist. Zu Beginn erläutert Bernd Sonne die zugrunde liegenden Prinzipien und einige Beispiele der Speziellen Relativitätstheorie, anschließend geht er ausführlich auf die Allgemeine Relativitätstheorie ein. Anschauliche Gedankenexperimente verdeutlichen die Ausführungen. So werden die Theorien des wohl bedeutendsten Physikers des zwanzigsten Jahrhunderts, der unser physikalisches Weltbild revolutionierte, für jedermann – auch ohne spezielle Vorkenntnisse – nachvollziehbar. In dieser zweiten Auflage wurden einige Kapitel überarbeitet und neue Themen hinzugefügt: Änderung von Zeit und Raum in der ART, Laufzeitverzögerung von Radarsignalen, Flug mit Atomuhren und das Experiment Gravity Probe B.

Der Autor
Dr. Bernd Sonne studierte Physik an der Universität Hamburg und promovierte am Forschungszentrum DESY. Einsteins Relativitätstheorien gehörten schon seit dem Studium zu seinem besonderen Interessensgebiet, das er auch während seiner beruflichen IT-Laufbahn weiter verfolgt hat.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Springer Spektrum
• Erscheinungsdatum: 19. Nov. 2018
• ISBN: 9783658241292

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Bernd SonneAllgemeine Relativitätstheorie für jedermannessentialshttps://doi.org/10.1007/978-3-658-24129-2_1

1. Einleitung

Bernd Sonne¹  

(1)

Hamburg, Deutschland

Bernd Sonne

Email: [e-mail]

Manche Männer bemühen sich lebenslang,

das Wesen einer Frau zu verstehen.

Andere befassen sich mit weniger schwierigen

Dingen z. B. der Relativitätstheorie.

A. Einstein

Einstein gilt wohl als der bedeutendste Physiker des zwanzigsten Jahrhunderts. Seine Relativitätstheorien und nicht nur sie haben das physikalische Weltbild, das seit Newton über dreihundert Jahre bestand, grundlegend verändert, um nicht zu sagen revolutioniert.

Dieses essential soll einen leicht verständlichen Eindruck davon vermitteln, worum es bei den Relativitätstheorien geht und weshalb sie von so großer Bedeutung sind. Zu Beginn werden wir uns kurz mit der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) befassen, die zum Verständnis der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) beiträgt.

Anschließend wird besonders auf die ART eingegangen. Beide Theorien sind, wie wir sehen werden, aus der Wissenschaft und dem heutigen Alltagsgebrauch nicht mehr wegzudenken, was aber kaum jemand weiß. Sie werden in Vorlesungen an Universitäten gelehrt und sind Gegenstand vieler Forschungsvorhaben. Die Gültigkeit der Theorien ist in vielen Experimenten zweifelsfrei bestätigt worden.

Wir fangen mit einem historischen Rückblick an, der zu Einsteins Theorien geführt hat. Raum und Zeit werden sich in der SRT, anders als bei Newton, als veränderlich erweisen. Wir werden sehen, dass es verschiedene Arten von Zeiten gibt, genannt Eigenzeit und Koordinatenzeit, und welche Konsequenzen sich daraus ergeben. Ursache dafür ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, die bei Newton keine Rolle spielt. Schließlich wird die wohl berühmteste Gleichung der Physik E = mc² erwähnt und dass das Licht auch eine (bewegte) Masse hat.

Hier sind einige Stichworte, die wir kurz im Rahmen der SRT behandeln wollen:

Lorentz-Transformation

Masse und Energie

Eigen- und Koordinatenzeit

Raum-Zeit-Koordinatensystem

Linienelement

Anschließend werden wir einige Gedankenexperimente zur ART erläutern, die sich Einstein ausgedacht hat. Sie zeigen in gewisser Weise die Schwierigkeiten und Besonderheiten, auf die man bei genauer Betrachtung der physikalischen Vorgänge stößt. Ein Fahrstuhl und eine rotierende Scheibe sind wunderbare Beispiele dafür, was man so alles beobachten kann und zunächst nicht versteht. Auf das, was der Begriff „Masse" beinhaltet und wie das Licht damit zusammenhängt, wird besonders hingewiesen. Und dass Masse einen gekrümmten Raum verursacht, sprich die Geometrie verändert. Und dass die Geometrie die Bewegung von Körpern bestimmt. Einfach fantastisch und kaum vorstellbar, aber